CN106750813A - 一种hdpe双壁波纹管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种HDPE双壁波纹管，包括外壁和内壁，外壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：80‑90份；填充料：50‑60份；色母：5‑8份；消泡剂4‑8份；内壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：70‑80份；填充料：50‑60份；色母：2‑4份；消泡剂：4‑8份；HDPE回料由以下步骤制备得到：A1：挑选HDPE废料，将HDPE废料破碎成2‑3mm的颗粒，以乙醇为介质，在超声波清洗机中清洗去除HDPE表面油污，再用水清洗2‑3遍；A2：将HDPE废料干燥后，按如下重量百分比称取下述原料：HDPE废料：70%；POE：10%‑25%，余量为HDPE新树脂，混料；A3：将A2中的原料放入挤出机造粒得到HDPE回料。具有提高HDPE双壁波纹管的韧性的效果。

Description

一种HDPE双壁波纹管及其制备方法
技术领域
本发明涉及波纹管制备技术领域，特别涉及一种HDPE双壁波纹管及其制备方法。
背景技术
过去在埋地排水领域多采用钢筋混凝土管、铸铁管、陶土管以及砖石等，由于上述管道均为刚性管，基础也是刚性的，当地基较差或处理不当时，极易造成管道和接头的损坏，管道腐烂，接头渗漏极为严重，常出现渗水、漏水等现象，对周边环境造成影响。随着材料技术的发展，HDPE管等新型高分子材料逐渐应用到城市排水系统中，这些材料的粗糙系数一般远小于传统的钢筋混凝土管，不仅减小了水头损失、增加了排水能力，同时也增加了管道的输送能力。
HDPE(高密度聚乙烯)双壁波纹管是以HDPE为主要原料经挤出成型方式加工而成的具有波纹结构的管材。其管壁截面为双层结构，内壁表面光滑，外壁为等距排列的环形中空波纹结构的管材。80年代初在德国首先研制成功，在我国，HDPE双壁波纹管的推广和应用正处在上升势态阶段。作为一种新型轻质管材，与传统的钢筋混凝土管相比，HPDE双壁波纹管具有如下优点：可回收再利用、质量轻、施工快(接头密封好，连接方便，无渗漏)、寿命长(埋地使用达50年以上)、电绝缘、耐磨耐腐蚀等优点。同时，HDPE双壁波纹管具有高韧性，且内壁平滑，流量大、摩擦阻力小，是传统排污排水管材的理想替代产品。
申请公布号为CN104927172A、申请公布日为2015年09月23日的中国专利申请公开了一种HDPE双壁波纹管，HDPE双壁波纹管的配方由下述重量份的原料组成：高密度聚乙烯50～70份；木粉30～50份；钛酸酯偶联剂2～4份；酚醛树脂5～9份；其中，木粉的目数为90～120目。
现有技术的不足之处在于，现有的双壁波纹管基本上都是采用HDPE新树脂来制备，成本较高，为了节约资源、降低成本、提高经济效益，生产中会用HDPE回料来制备双壁波纹管。纯的HDPE回料制备的双壁波纹管脆性较大，在低温条件下容易发生开裂等现象，从而影响管材的使用寿命。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种HDPE双壁波纹管，其解决了纯的HDPE回料制备的双壁波纹管脆性较大的问题，具有提高HDPE双壁波纹管的韧性的效果。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种HDPE双壁波纹管，包括外壁和内壁，外壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：80-90份；填充料：50-60份；色母：5-8份；消泡剂4-8份；内壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：70-80份；填充料：50-60份；色母：2-4份；消泡剂：4-8份；HDPE回料由以下步骤制备得到：A1：挑选HDPE废料，将HDPE废料破碎成2-3mm的颗粒，以乙醇为介质，在超声波清洗机中清洗去除HDPE表面油污，再用水清洗2-3遍；A2：将HDPE废料干燥后，按如下重量百分比称取下述原料：HDPE废料：70％；POE：10％-25％，余量为HDPE新树脂，混料；A3：将A2中的原料放入挤出机造粒得到HDPE回料。
进一步优选为：POE为乙烯-丁烯共聚物，丁烯链段所占的比例为30-35％。
聚乙烯(PE)本身是一种结晶的材料，但由于分子链中丁烯的介入破坏了部分聚乙烯的结晶，丁烯链段与结晶被破坏的聚乙烯链段共同形成了弹性的软段，聚乙烯的结晶部分形成硬段，起着物理交联点的作用，使POE具有了很好的韧性。将其与HDPE共混，其中的PE链段与HDPE有优良的相容性，丁烯链段在HDPE链段之间形成柔性桥接部，从而提高HDPE的韧性。与活性碳酸钙有较好的相容性。
进一步优选为：超声波清洗机的功率为68kHZ，清洗温度为60-80℃。
超声波清洗机有利于将HDPE废料表面的油脂更高效地溶解出来，从而提高清洗效率。
进一步优选为：外壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：82.5份；填充料：56份；黑色母：5份；消泡剂6份；内壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：70份；填充料：56份；黑色母：4份；消泡剂：8份；填充料为炭黑；HDPE回料由以下重量百分比的原料组成：HDPE废料：70％；POE：10％；HDPE：20％。
进一步优选为：外壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：87.5份；填充料：50份；黑色母：6份；消泡剂5份；内壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：75份；填充料：50份；蓝色母：2份；消泡剂：5份；填充料为碳酸钙；HDPE回料由以下重量百分比的原料组成：HDPE废料：70％；POE：20％；HDPE：10％。
进一步优选为：碳酸钙的目数为80-100目。
本发明的第二目的是提供一种HDPE的双壁波纹管的制备方法。
一种HDPE双壁波纹管的制备方法，包括如下步骤：
S1：取配方量的HDPE回料，倒入搅拌装置搅拌；
S2：在搅拌的条件下加入填充料，搅拌2min，加入色母和消泡剂，搅拌4-5min至均匀，放入吸料筒备用；
S3：打开主机电源，再开启挤出机加热，升温到100-120℃保温2h，再升温至150-160℃，保温1h，再升温至175-185℃，保温1h；
S4：将挤出机的加料段温度设为85-90℃；压缩段温度设为180-190℃；均化段温度为190-200℃；机头温度为210℃，保温30-40min，向料桶内加料，开启挤出机开始工作。
综上所述，本发明具有以下有益效果：1、根据环柔性测试结果可以看出，与不添加POE和HDPE新树脂的纯HDPE废料制备而成的双壁波纹管相比，或者与只添加POE或者HDPE新树脂的双壁波纹管相比，本发明实施例的结果均为试样圆滑，无反向弯曲，无破裂，两壁无脱开，具有很好的柔韧性，而对比例1-5均有不同程度的破裂，说明加入POE和HDPE新树脂提高了纯HDPE废料的柔韧性。2、并且抗冲击试验结果也均为≦10％，具有很好的抗冲击性能，而对比例1-5的抗冲击性试验表明，其抗冲击性能小于本发明实施例的抗冲击性能，究其原因是由于本发明实施例中POE和HDPE新树脂提高了纯HDPE废料的柔韧性，进而提高其抗冲击性能；3、同时，所有试验样的环刚度都达到了SN8的级别，表明按照本发明的配方和方法能够制备环刚度达到一定标准的高环刚度双壁波纹管。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。
实施例1-4：HDPE回料的制备，其中各组分的含量如表一所示：
A1：挑选HDPE废料，切除污染严重部分；
A2：将HDPE废料破碎成2-3mm的颗粒，以乙醇为介质，在功率为68kHZ的超声波清洗机中清洗去除HDPE表面油污，超声清洗的温度控制在60-80℃，再用水冲洗2-3遍；
A3：将HDPE废料干燥后，按配方量称取下述原料：HDPE废料、POE和HDPE新树脂，搅拌均匀；
A4：将A3中搅拌均匀的原料放入挤出机造粒得到HDPE回料。
其中POE为乙烯-丁烯共聚物，其中丁烯链段所占的比例为30-35％。
表一：实施例1-4中的组成成分表
实施例5-20：按照下述步骤制备一种HDPE的双壁波纹管，实施例5-20中的各组分含量参见表二，其中HDPE回料编号1代表组分含量如实施例1所述，HDPE回料编号2代表组分含量如实施例2所述，以此类推。
一种HDPE双壁波纹管的制备：
S1：取配方量的HDPE回料，倒入搅拌装置搅拌；
S2：在搅拌的条件下加入填充料，加料完毕后搅拌2min，再加入色母和消泡剂，搅拌4-5min至均匀，将混合均匀的混合料放入吸料筒备用；
S3：打开主机电源，再开启单螺杆挤出机加热，以5℃/min的速度升温到100-120℃后保温2h，再以5℃/min的速度升温至150-160℃，保温1h，最后以5℃/min的速度升温至175-185℃，保温1h；
S4：将挤出机的加料段温度设为85℃；压缩段温度设为185℃；均化段温度为200℃；机头温度为210℃，保温30-40min，向料桶内加料，开启单螺杆挤出机开始工作；
S5：通过挤出、成型牵引、切割、喷淋冷却等后续工艺完成HDPE双壁波纹管的制备。
其中，实施例13-20中的碳酸钙的目数为80-100目。
制备得到的管材公称内径有225mm，300mm，400mm，500mm，600mm，800mm几种规格，对应的管材外径为260mm，346mm，460mm，578mm，696mm，933mm。管材长度可制成6000mm，9000mm，12000mm。
对比例1-5：
对比例1：与实施例5的不同之处在于，HDPE回料中，HDPE废料、POE和HDPE新树脂的重量百分比分别为：90％，10％，0。
对比例2：与实施例5的不同之处在于，HDPE回料中，HDPE废料、POE和HDPE新树脂的重量百分比分别为：80％，0，20％。
对比例3：与实施例18的不同之处在于，HDPE回料中，HDPE废料、POE和HDPE新树脂的重量百分比分别为：90％，0，10％。
对比例4：与实施例18的不同之处在于，HDPE回料中，HDPE废料、POE和HDPE新树脂的重量百分比分别为：80％，20％，0。
对比例5：与实施例18的不同之处在于，HDPE回料中，HDPE废料、POE和HDPE新树脂的重量百分比分别为：100％，0，0。
表二 实施例5-20的组成成分表
性能测试
一、抗冲击性能测试
将实施例5、7、9、11、13、15、17、19以及对比例1-5作为测试样，按GB/T14152-2001进行抗冲击性能测试，其中管材的公称内径为600mm。得到的TIR值如表三所示。
二、环柔性测试
将实施例5、7、9、11、13、15、17、19以及对比例1-5作为测试样，从一根管子上取(300±20)mm长度的试样三段，两端与轴线垂直切平，按照ISO13968:1997进行测试。当试样在垂直方向外径变形量为原外径的30％时立即卸载，观察试样的内壁是否保持圆滑，有无反向弯曲，是否破裂，两壁是否脱开。
三、环刚度测试
根据GB/T9647—2003《热塑性塑料管材环刚度的测定》，用管材在恒速变形时所测得的力值和变形值确定环刚度。将管材试样水平放置，按管材的直径确定平板的压缩速度，用两个互相平行的平板垂直方向对试样施加压力。在变形时产生反作用力，用管材试样截面直径方向变形量为0.03di时的力值计算环刚度(di为管材试样的内径)。即：用两块平行的夹板上下同时对试样施加压力，以特定的压缩速度将试样压缩变形至内径的97％时，试样对平板的反作用力大小体现了管材的环刚度值。
环刚度的计算公式为：
S＝(0.0186+0.025Y/d)×F/L×Y (1)
式中：F——相对于管材3.0％变形时的力值，kN；
L——试样长度，m；
d——试样内径，m；
Y——相对应于3.0％变形时的变形量，m；
S——管材的环刚度，kN/m2。
由(1)式可以看出：管材的环刚度受到试样长度、试样内径、变形量和变形后力值的影响，而对于特定的样品，试样长度、变形量为定值，产品标准对内径同样有明确的要求，因此，力值F是惟一的可变量，力值F越大，环刚度S越大。原料的弹性模量的大小决定了该力值的大小。
四、烘箱试验：
从一根管材上不同部位切取三段试样，试样长度为300mm±20mm。将烘箱温度升到110℃时放入试样，试样放置时不得相互接触且不与烘箱壁接触，待烘箱温度回升到110℃时开始计时，维持烘箱温度110℃±2℃，试样在烘箱内加热时间为60min。加热到规定时间后，从烘箱内将试样取出，冷却至室温，检查试样有无开裂和分层及其他缺陷。
表三性能测试结果汇总表
根据表三的性能测试结果可以看出，与不添加POE和HDPE新树脂的纯HDPE废料制备而成的双壁波纹管相比，或者与只添加POE或者HDPE新树脂的双壁波纹管相比，本发明实施例的环柔性测试结果均为试样圆滑，无反向弯曲，无破裂，两壁无脱开，具有很好的柔韧性，而对比例1-5均有不同程度的破裂，说明加入POE和HDPE新树脂提高了纯HDPE废料的柔韧性。并且抗冲击试验结果也均为≦10％，具有很好的抗冲击性能，而对比例1-5的抗冲击性试验表明，其抗冲击性能小于本发明实施例的抗冲击性能，究其原因是由于本发明实施例中POE和HDPE新树脂提高了纯HDPE废料的柔韧性，进而提高其抗冲击性能。同时，所有试验样的环刚度都达到了SN8的级别，表明按照本发明的配方和方法能够制备环刚度达到一定标准的高环刚度双壁波纹管。

Claims (7)

1.一种HDPE双壁波纹管，包括外壁和内壁，其特征是：所述外壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：80-90份；填充料：50-60份；色母：5-8份；消泡剂4-8份；所述内壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：70-80份；填充料：50-60份；色母：2-4份；消泡剂：4-8份；所述HDPE回料由以下步骤制备得到：A1：挑选HDPE废料，将HDPE废料破碎成2-3mm的颗粒，以乙醇为介质，在超声波清洗机中清洗去除HDPE表面油污，再用水清洗2-3遍；A2：将HDPE废料干燥后，按如下重量百分比称取下述原料：HDPE废料：70%；POE：10%-25%，余量为HDPE新树脂，混料；A3：将A2中的原料放入挤出机造粒得到HDPE回料。
2.根据权利要求1所述的一种HDPE双壁波纹管，其特征是：所述POE为乙烯-丁烯共聚物，丁烯链段所占的比例为30-35%。
3.根据权利要求2所述的一种HDPE双壁波纹管，其特征是：所述超声波清洗机的功率为68kHZ，清洗温度为60-80℃。
4.根据权利要求3所述的一种HDPE双壁波纹管，其特征是：所述外壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：82.5份；填充料：56份；黑色母：5份；消泡剂6份；所述内壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：70份；填充料：56份；黑色母：4份；消泡剂：8份；所述填充料为炭黑；所述HDPE回料由以下重量百分比的原料组成：HDPE废料：70%；POE：10%；HDPE：20%。
5.根据权利要求3所述的一种HDPE双壁波纹管，其特征是：所述外壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：87.5份；填充料：50份；黑色母：6份；消泡剂5份；所述内壁由以下重量份的原料组成：HDPE回料：75份；填充料：50份；蓝色母：2份；消泡剂：5份；所述填充料为碳酸钙；所述HDPE回料由以下重量百分比的原料组成：HDPE废料：70%；POE：20%；HDPE：10%。
6.根据权利要求3所述的一种HDPE双壁波纹管，其特征是：所述碳酸钙的目数为80-100目。
7.一种HDPE双壁波纹管的制备方法，其特征是：包括如下步骤： S1：取配方量的HDPE回料，倒入搅拌装置搅拌； S2：在搅拌的条件下加入填充料，搅拌2min，加入色母和消泡剂，搅拌4-5min至均匀，放入吸料筒备用； S3：打开主机电源，再开启挤出机加热，升温到100-120℃保温2h，再升温至150-160℃，保温1h，再升温至175-185℃，保温1h； S4:将挤出机的加料段温度设为85-90℃；压缩段温度设为180-190℃；均化段温度为190-200℃；机头温度为210℃，保温30-40min，向料桶内加料，开启挤出机开始工作。
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